核主泵的密封性能是金属熔盐堆安全评价的重要指标。以某型试验金属熔盐堆核主泵为研究对象,介绍了一种适用于金属熔盐堆核主泵的双端面自泵送机械密封。本文以动环端面开螺旋槽,静环端面开设储液环槽和引流孔的自泵送机械密封为研究对象,探讨了动静环端面的结构参数和核主泵运行的工况参数对密封性能的影响。利用正交实验及方差分析法研究各参数影响的显著性。计算分析了选定结构下动静环端面的脱开转速以及脱开后密封间隙随转速的变化规律。最后试验研究了小直径自泵送机械密封的端面的脱开转速,并与理论计算值进行对比分析,从而类比验证核主泵机械密封的脱开。主要工作及结论如下:(1)利用流体仿真软件Fluent数值模拟分析了端面流场的压力分布和速度分布,探讨了端面结构参数(槽数Ng、螺旋角β、槽面宽比ε、槽台宽比δ、环槽宽B、环槽深H、螺旋槽深hg)以及操作参数(转速n、压差Δp)对密封性能(开启力Fo、泄漏率Q)的影响规律。结果表明:端面开启力随着槽面宽比、槽台宽比、环槽宽、转速和压差的增加而增加,随着储液环槽深度的增大先是急剧减小,当深度达到800μm后,开启力变化平缓,基本保持不变,随螺旋槽深度的增加先急剧增大,当深度达到40μm后,开启力基本保持不变。泄漏率随槽面宽比、槽台宽比、转速和压差的增加而增加,随着环槽宽和槽数的增加而减小,环槽深度对泄漏率的影响是先急速减小,在800μm后减小放缓,与其开启力的变化趋势相对应,螺旋槽槽深较浅时,其深度的增加泄漏率增加明显,其深度在40μm后,泄漏率基本保持不变。(2)运用正交实验及方差分析法研究了各影响因素对密封性能影响的强弱程度。以单因素和正交试验的结果为依据,以综合平衡法为原则,选定结构参数建立几何模型,定量研究了自泵送机械密封的脱开转速。结果表明,在本文选取的结构参数和工况参数的条件下,密封端面在主轴转速达到213.7r·min-1脱开,之后在考虑密封间隙的微小变化对弹簧的影响忽略不计的情况下,得出端面脱开后密封间隙随主轴转速的变化规律为hm=4.31775×10-6n2+0.00592n-1.35393。(3)试验研究了小直径自泵送机械密封端面的脱开转速,进而验证核主泵用自泵送机械密封脱开转速的数值计算方法的可行性。结果表明,在试验工况下,自泵送机械密封端面的脱开转速大约为1900r·min-1,与理论计算结果存在一定的误差,但考虑到试件的加工以及装配误差,本文所研究的计算值仍然具有一定的参考意义。本文通过数值模拟与试验研究证实了自泵送双端面机械密封满足核主泵密封性能的要求,适用于金属熔盐堆核主泵,亦为核主泵机械密封的设计提供了理论依据。